Tema 12: La herencia

¿Cómo sabemos que transmitimos la información?

Genética mendeliana

Antes de la genética mendeliana existía la pangénesis: lo que se transmitía estaba en el semen, y cada parte del cuerpo cedía algo. El semen agrupaba, por tanto, de todo un poco. Aristóteles, Lamarck, incluso Darwin, mantuvieron la pangénesis. Weismann distinguió:

• somatoplasma: que formaba el cuerpo.

• plasma germinal: era el que se transmitía a la descendencia. Se formaba en un momento determinado y ya no se volvía a modificar, ya no se volvía a pedir información a las distintas partes del cuerpo. Así, se explicaba que aunque un sujeto perdiera, por poner un ejemplo, un dedo, no tenía por ello hijos sin ese dedo.

Weismann cortó la cola a ratones durante varias generaciones, pero los ratones seguían naciendo con cola. Así, concluyó que el plasma germinal se formaría en un momento antes del nacimiento del individuo.

Gregor Mendel (1822-1894). Este monje agustino, encargado del huerto de su monasterio, decide estudiar los guisantes y sus características. Empezó a ver cosas como que cuando plantaba guisantes rugosos nacían guisantes rugosos, cuando plantaba lisos salían lisos, cuando los cruzaba bien salían rugosos bien salían lisos. Cruzó los distintos tipos y anotó todas las combinaciones. Seleccionó unos caracteres frente a los otros. Se fijó, por ejemplo, en la forma del guisante, en el tallo, en el color de las flores. La suerte que tuvo fue que seleccionó caracteres diferenciales, puros. Cuantificaba todo resultado que obtenía, todo lo expresaba en números. De sus anotaciones sacó una serie de conclusiones. Estas reglas generales fueron publicadas, pero pasaron desapercibidas. Hasta más de 60 años después no reprodujeron otros sus experiencias. Algunos investigadores estudiaron lo mismo y descubrieron que Mendel lo había hecho incluso mejor bastantes años antes. Las reglas que Mendel aplicó a las plantas son válidas para todas las especies animales y vegetales. Son, por tanto, leyes generales. Los caracteres que eligió eran cualidades puras, esto era algo que él no sabía.

Primera ley de Mendel

Siempre la primera generación son individuos híbridos que presentan los rasgos de uno solo de los parentales. A este parental se llamaba rasgo dominante, al otro, rasgo recesivo. Esto ocurría con cualquier rasgo (color, tamaño, etc.).

A esta primera ley podemos añadir dos excepciones:

• Dominancia incompleta: una planta puede tener flores blancas o flores carmesí. La descendencia de cruzar ambos tipos las tiene rosadas. Cuando se cruzan miembros de esta primera generación se obtienen miembros en proporción que no es 3:1, sino 1:2:1.

• Codominancia: el ejemplo típico es el de los grupos sanguíneos. Nosotros podemos tener características del padre y de la madre al mismo tiempo. No hay sólo dos tipos de grupo sanguíneo, sino 4. Los 4 tipos (establecidos por el grado de aglutinación de los glóbulos rojos) son fruto de la combinación de genes del padre y de la madre.

Segunda ley: ley de la segregación

Los caracteres reaparecen en la segunda generación. Es decir, los caracteres `enmascarados' (recesivos) en la primera generación resurgen en la segunda. Esto se demostraba siempre que hablábamos de caracteres puros (homocigotos). La manera de saber si son homocigotos es sencilla: cruzamos con el carácter que queda enmascarado en la primera generación. Si es heterocigoto (Aa) dará la mitad de Aa y la mitad de aa. Esta técnica se llama retrocruzamiento.

Tercera ley de Mendel

Los caracteres se combinan independientemente. Cada pareja alélica es independiente a la hora de combinarse con otra. Esto se ve claro si tratamos 2 caracteres al mismo tiempo. Por ejemplo: tenemos ratones negros de pelo corto y ratones castaños de pelo largo, y los cruzamos. Partimos de que sus caracteres son puros.

Debemos hacer ahora un cuadro de Punnet:

	BR	Br	bR	br
BR	BBRR Corto y Negro	BBrR Corto y Negro	bBRR Corto y Negro	bBrR Corto y Negro
Br	BBRr Corto y Negro	BBrr Corto y Castaño	bBRr Corto y Negro	bBrr Corto y Castaño
bR	BbRR Corto y Negro	BbrR Corto y Negro	bbRR Largo y Negro	bbrR Largo y Negro
br	BbRr Corto y Negro	Bbrr Corto y Castaño	bbRr Largo y Negro	bbrr Largo y Castaño

Genotipo: dotación genética.

Fenotipo: manifestación de la dotación genética. Es el resultado de la interacción entre genotipo y ambiente.

Series alélicas múltipes: el pelo de los conejos

Nuestros caracteres no vienen determinados por un solo alelo, sino por muchos. Series alélicas múltiples: cuando un carácter viene dado por muchos alelos. Ej.: el pelo de los conejos. Se distinguen varios tipos:

	Fenotipo	Genotipo
C+	Salvaje	C+C+, C+CCH, C+CH, C+Ca
CCH	Chinchilla	CCHCCH
-	Gris	CCHCH
CH	Himalaya	CHCH, CHCa
Ca	Albino	CaCa

Series alélicas múltiples: el grupo sanguíneo

Otro ejemplo son los grupos sanguíneos. Éstos fueron descubiertos por Landsteiner. El procedimiento es simple: si dos gotas de sangre mezcladas no precipitan es que son de grupos compatibles.

	Donante
	0	A	B	AB
0	-	+	+	+
A	-	-	+	+
B	-	+	-	+
AB	-	-	-	-

	Fenotipo	Genotipo
IA	A	IAIA, IAi
IB	B	IBIB, IBi
-	AB	IAIB
i	0	ii

El grupo sanguíneo funciona por alelismo múltiple. Así funcionan prácticamente todos nuestros caracteres. De ahí la dificultad para predecir la descendencia.

Enfermedades determinadas genéticamente

Ejemplo: la corea de Huntington. Es una alelo dominante. Se encuentra en un autosoma (es decir, un cromosoma no sexual). Otro ejemplo: la Fenilcetonuria, es decir, la incapacidad para degradar un aminoácido: la fenilananina. Es un alelo recesivo. Puede producir retraso mental. Otro ejemplo: la enfermedad de Tay-Sachs. Un alelo recesivo. A los ocho meses el niño se apático, al año se queda ciego; no suelen sobrevivir más allá de los 5 años.

Decir que tal o cual psicopatología tiene un “componente genético” es no decir nada. Habría que decir de qué tipo son los problemas genéticos que implica (problemas de dominancia, recesividad, codominancia...).

Una creencia falsa, y extendida hace unos años, es que la genética lo explique todo. Muchos creen que todo está determinado genéticamente, pero al hacer eso olvidan la influencia del ambiente.

La importancia de la genética

Se ha visto que algunas cepas (razas) de ratones de laboratorio son más hábiles en laberintos que otras. Cuando a los ratones de ambas cepas se les pone en un ambiente restringido (sin compañía, sin manipulación, sin rueda, sin serrín...) aumenta su número de errores, y es curioso que se igualan. Si se les pone en un ambiente rico disminuye su número de errores, igualándose también ahora.

Vemos cómo el ambiente influye mucho en la manifestación del genotipo. El híbrido, el individuo heterocigoto es el mejor dotado para los cambios en el ambiente.

Herencia y cromosomas sexuales

Las leyes de Mendel no explican la herencia de la información ligada a los cromosomas sexuales.

Teoría cromosómica de la herencia. A primeros de siglo se conocían ya la genética mendeliana y las divisiones celulares: mitosis y meiosis. Combinando estos conocimientos se llegó a la conclusión de que la información está en los cromosomas, en los genes que éstos contienen. Los genes se transmiten a la descendencia al azar. Si tenemos un cromosoma:

Que en los gametos halla la mitad de cromosomas indica que el reparto es equitativo. Pero a veces un par cromosómico va completo en un gameto y deja al otro gameto sin él. Se habla entonces de no disyunción. El síndrome de Down es un ejemplo de esta alteración. Tener mucha información, como en estos casos, también es problemático. Más información no se traduce en mejora. Por ejemplo: las mujeres con trisomía XXX son estériles. Mucha información repetida no es buena; pero unas pocas repeticiones en diversas partes del cromosoma, partes a las que recurrimos continuamente, son muy interesantes. Nuestra especie tiene informaciones repetidas en diversas partes de los cromosomas.

Los genes están en los cromosomas. En los cromosomas sexuales también hay genes. Éstos son los llamados genes ligados al sexo.

Objeción a las leyes de Mendel: cromosomas sexuales (Morgan)

Morgan estudiaba la mosca de la fruta. Éstas se caracterizan por tener los ojos naranjas (rojos). Pero Morgan observó que algunas de ellas presentaban ojos blancos. Quiso explicar por qué. Para ello cruzó una mosca de ojos naranjas con otra de ojos blancos. Se incumplía lo que cabría esperar según la genética mendeliana:

Morgan pensó que esta característica de los ojos tendría que estar ligada al sexo. Estaba en lo cierto:

Bridges siguió esta mutación. Vio que 1 de cada 2000 individuos era una hembra de ojos blancos. Sólo pudo explicar que aparecieran hembras de ojos blancos hablando de la no disyunción de los cromosomas X. A un gameto le iban los 2 cromosomas X, al otro ninguno. Sacó en conclusión además que el gen del color de los ojos estaba ligado al cromosoma X, y no al Y.

Esta conclusión permitió comprender por qué algunas enfermedades son transmitidas de la madre a la descendencia y éstas sólo se manifiestan entre los individuos del género masculino y no entre los del femenino. Hay genes ligados al cromosoma X y genes ligados al cromosoma Y. El Y es muy pequeño, y se llegó a pensar de él que no contenía ninguna información.

Pero todas estas reglas sobre los genes ligados al sexo no sirven para todas las especies. En algunas el careotipo XY determina el sexo femenino (p. ej. en las aves) y XX es un varón. También hay que poner el ejemplo del sexo según el número de cromosomas. Por ejemplo, en las abejas, las obreras son diploides y los zánganos haploides. Hay un gusano marino en el que el sexo se determina de forma singular: si la larva queda flotando sola será hembra, si queda fijada a una hembra adulta se masculinizará.

Genes letales

En el cromosoma X de drosophila puede haber un gen letal que mata a todos los machos. Clasificación

• Letales ! el individuo muere en el 100% de los casos

• Semiletales ! el individuo muere en el 50% de los casos

• Subvitales ! el individuo muere en el 25% de los casos

• Cuasinormales ! el individuo muere en el 10% de los casos

En los cuatro casos hay que decir que el gen letal está presente, otra cosa es la mortalidad que causa.

Expresividad y Penetración

«Expresividad» es la fuerza con que se va a manifestar un gen. Las alas de drosophila están determinadas por un gen; pueden ser largas o cortas. Que sean uno u otro va a depender de la temperatura a la que se desarrollen. Como vemos, la expresividad va a depender del ambiente.

Polidactilia la tienen las personas que cuentan con más de cinco dedos en cada mano. La polidactilia puede ir desde el tener 6 dedos hasta tener 5 (con una anomalía sólo observable en radiografía), pasando por tener 5 y un muñón.

«Penetración» es el tanto por ciento con que un gen se manifiesta en el fenotipo (p. ej. el albinismo).

Fenocopias

Manifiestan algo que no está determinado genéticamente. Podemos inhibir el efecto de ciertos genes en el desarrollo de un individuo, lo cual da un fenotipo que no se corresponde con el genotipo. Ej.: la talidomina (un medicamento que combatía el dolor de cabeza), administrada a mujeres gestantes, hacía que el niño naciera con anomalías tales como la carencia de manos. Sin embargo, estos niños eran genotípicamente normales, y su deficiencia se debía a dicho medicamento.

¿Por qué hay todavía genes recesivos?

Esto lo estudiaron un matemático y un médico (Hardy y Weinberg). Dicen que no desaparecen porque las poblaciones se pueden mantener en equilibrio. Para que una población se mantenga en equilibrio es necesario que:

No haya mutaciones.

No haya inmigración ni emigración.

La población tiene que ser lo suficientemente grande para que se pueda aplicar la probabilidad.

Los emparejamientos serán al azar.

Los 2 alelos tiene que ser viables.

Si se cumpliera todo esto, habría tanta probabilidad de que un individuo tuviera A como a.

p+q=1

Al cuadrado sigue siendo igual:

(p+q)2=1 ! p2+2pq+q2=1

AA Aa aa

Recordemos que esto sólo se da cuando se cumplen las citadas 5 condiciones. Sin embargo, en las poblaciones existen factores que rompen éstas:

• Se producen mutaciones. Estas mutaciones son las que producen la variabilidad.

• El flujo alélico, producido por la emigración, también las rompe. La inmigración/emigración está rompiendo la actuación de la selección natural.

• Deriva génica, cambios en la influencia de los genes (en pequeñas poblaciones afecta, en grandes poblaciones no). Ej.: alta frecuencia de la enfermedad de Tay-Sachs entre los judíos. Ej.: los Amish de Pennsylvania se caracterizan (dada la consanguinidad) por una homocigosis recesiva; por esa razón se producen muchos casos de polidactilia, de enanismo...

• La reproducción selectiva también rompe esta condición de equilibrio.

Con la fórmula de Hardy y Weinberg podemos calcular las proporciones de los alelos. Ejemplo: En una población en equilibrio, el alelo dominante A aparece en un 60% de los casos. Calcular las proporciones de la descendencia de dos individuos heterocigotos para ese caracter (Aa).

7

Redondo " Redondo

AA Aa aA aa

Redondo X Rugoso

!

AA

aa

Aa

Aa

!

P

F1

F2

Redondos

Rugosos

Carmesí X Blanca

!

RR

rr

Rosada " Rosada

Rr

Rr

!

Proporción 1:2:1

RR Rr rR rr

Rosada

P

F1

F2

Blanca

Carmesí

Corto y Negro

Largo y Castaño

P

F1

BB

RR

rr

bb

!

!

BR

br

X

!

BbRr " BbRr

Corto

Negro

Corto

Negro

!

!

BR, Br, bR, br

BR, Br, bR, br

9:3:3:1

R

e

c

e

p

t

o

r

E

R

R

O

R

E

S

Rico

Normal

Pobre

AMBIENTE

A

A

A

Según las leyes de Mendel no cabría esta proporción

R

B

x

R

R

"

½

R

B

½

P

F1

F2

#

ø

ø

ø

X

X

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Y

x

ø

ø

R

B

R

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ø

R

R

B

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ø

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X

X

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Y

x

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øø

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#

ø

#

ø

ø

ø

ø

ø

ø

#

R

R

B

B

R

Aa X Aa

AA aa Aa aA

36%

16%

48%

p+q=1

p=0.6

q=1-p=0.4

AA ! p2=0.36 ! 36%

aa ! q2=0.16 ! 16%

Aa ó aA ! 2pq=0.48 ! 48%